铝土矿资源开发新模式

王 乐 池伟龙 卫 协 贾进龙 杨滋郁

（山西华兴铝业有限公司）

兴县孙家沟村为深度贫困村，境内沟壑纵横，可耕地面积严重不足。同时，孙家沟村地下赋存有丰富的铝土矿资源，整村位于山西华兴铝业有限公司奥家湾矿界范围内，由于在上世纪存在严重的私挖乱采现象，民采老窿多，造成村庄两边存在4 处大型的山体滑坡区域，给当地村民生命财产安全造成严重影响。

2018 年5 月，山西省委、省政府印发了《关于“一县一策”集中攻坚深度贫困县的意见》，文件明确要求驻地企业要与地方政府建立扶贫合作机制，保证履行精准扶贫社会责任。为此，依托孙家沟村特有条件和资源优势，以“消除安全隐患，政府复垦造地，企业回收资源”为目标，山西华兴铝业有限公司探索出了一条经济高效、环境友好、利国利民的铝土矿资源开发新模式［1-2］。

1 项目设计

1.1 项目滑坡地质情况

孙家沟村存在A、B、C、D 共4 处滑坡地质灾害区域。老窿口采空塌陷、黄土湿陷、地形高差大、坡度陡，雨季降水量大是滑坡形成的内在因素；采矿活动形成的采空区诱发的边坡失稳，是形成滑坡的外在因素。根据调查及勘查结果表明，4 处滑坡均为沿基岩顶面滑动的土质滑坡，滑坡整体平面形态呈顶窄下宽的扇形，均属深层大型黄土滑坡。治理区域地貌见图1，滑坡区域地质参数见表1。

1.2 老窿地质情况

全区存在老窿35 个，位置大多分布在沟谷两侧，一般深50～350 m，一般高1.3～1.8 m，宽1.1～2 m，局部有坍塌现象，其破坏范围主要集中在矿石质量好，厚度稳定的矿层中部，矿层上部和下部较贫的矿体仍保留在原地，对矿体的连续性和完整性造成破坏，同时也对地表、山体稳定性带来影响［3］。

根据当地水文地质资料，由于矿坑之上冒落导水裂隙带在浅埋部位可达地表或第四系松散层，雨季孙家沟最高洪水位可达2～3 m，其支沟洪水位0.5～1 m，老窿口位置较低的洪水可直接灌入。同时，孙家沟区域部分老窿已通过地下直达井工开采系统，存在很大的地表水淹井事故隐患。老窿及地表裂隙照片见图2。

1.3 资源回收设计

项目实施时，将对孙家沟村进行整体搬迁，并对沟内的采矿老窿进行治理，治理面积约3.3 万m2，开挖土石方量约2 525 万m3，在孙家沟村原址及周边形成3 个大的土地整理区。土地整理I 区位于孙家沟村，形成复垦面积约420 021 m2；土地整理II 区位于I区东侧的支沟内，形成复垦面积约200 010 m2；土地整理III区位于I区北侧的冲沟沟头，形成复垦面积约166 670 m2；合计复垦土地786 701 m2。项目设计方案见图3，设计参数见表2、表3。

2 项目实施

2.1 施工顺序布置

项目开采主要工艺包括剥离、清顶、钻爆、采矿、清底、内部运输、配矿、破碎、二次配矿、外部运输等，其中排土作业为施工成本最大产生项，约占总成本支出的60%～70%。为此，排土作业尽量按照内排的方式减少排土运输距离，节约排土运输成本，从而节约总成本［4］。项目计划按照A→B→C→D 的施工顺序进行作业，A 区（850 万m3）首先外排，B 区（450万m3）内排A 区，C 区（800 万m3）内排B 区，多余土方外排，D区（425万m3）内排C区的总体排土作业顺序。项目双代号网络进度计划图共包含6条关键线路，总工期为18个月。项目双代号网络进度计划见图4。

2.2 采矿工作

A 区采矿过程中揭露矿体顶板后发现民采老窿破坏较广，民采老窿破坏率约为40%，整体破坏情况较严重，进一步验证了设计阶段所述的大面积老窿（图5）引起的山体失稳状态，造成的山体滑坡安全隐患。

该区域铝土矿赋存于石炭系中统本溪组一段中下部，奥陶系中统峰峰组侵蚀面之上，至上而下为顶板→铝土矿→夹石（部分存在）→铝土矿→底板，平均厚度1.79 m，平均倾角10°，属于缓倾斜薄矿体。

《铝土矿床一般工业指标》要求露天开采氧化铝含量边界品位大于等于40%，铝硅比含量边界品位大于等于2.6。氧化铝含量和铝硅比含量为氧化铝企业最重要的两项矿石质量指标，其中以铝硅比含量指标对氧化铝企业生产成本影响最大。据不完全统计，铝土矿铝硅比值每降低0.1，氧化铝生产总成本升高14元/t。顶、底板清理的情况直接影响矿石开采质量，从而影响氧化铝生产总成本。因此，控制围岩混入率和矿石贫化率为采矿工艺控制的重中之重［5-6］。

兴县区域铝土矿矿层顶板多数呈灰白、红褐色或粉红色，质软，层状，少数岩石呈暗黄或黄色，呈土状、松散或粗糙状。底板呈粉红色或灰白色，层状少数呈红褐色和黄色，红棕色或黄棕色。经大量取样分析化验，顶底板、夹石、铝土矿中氧化铝和二氧化硅含量结果见表4。

根据顶、底板不同混入厚度和贫化率计算公式，计算得出采出矿石质量品位和贫化率关系公式

顶、底板混入后采出矿石质量指标及贫化率参数见表5。

由表5 可知，顶、底板的混入对矿石贫化影响极大，因此在采矿过程中，要严格控制顶、底板混入，按照精益化采矿模式，采用以小型挖掘机配合后八轮自卸车进行采矿作业。

2.3 复垦工作

A 区剥离完成后外排复垦形成的土地整理II 区包含3 个大平台，共计203 343.5 m2平整到位的土地已经形成；土地整理III 区包含4 个大平台，共计164 008.2 m2平整到位的土地已经形成，具备向政府交地的条件。随着首采区A区剥离工作的完成，外排工作基本结束，B 区、C 区、D 区逐步转入以内排为主的排土作业，排土作业成本逐步降低。复垦土地照片见图6。

3 结语

（1）通过对村庄周边4 处大型滑坡区域进行治理，能够消除当地多年存在的“头顶滑坡”安全隐患，保证地方群众的生命和财产安全。

（2）通过土地整理方式，能够对老窿和地表裂隙进行治理，防止河沟雨水倒灌井下，确保奥家湾一号矿的正常安全生产活动。

（3）复垦千亩良田，极大的解决了当地土地贫瘠的现状，有利于农业生产的机械化作业和适度的规模经营。

（4）该项目不仅回收了矿体的边角资源，提升了资源回收利用效率和矿井服务年限，同时为企业带来了较大的经济效益。项目预计回收铝土矿资源97.5 万t，按照正常采出品位铝硅比5.0，Al2O3品位60%的市场价格450 元/t 计算，可创造经济效益4.39亿元，社会与经济效益显著。